Ochrona integralności bazy danych

Po co transakcje? – Współbieżność

Zagrożenie dla integralności bazy gdy wiele procesów działa jednocześnie na BD

Wynik powinien być 130 a jest 120
Działając równolegle i nie synchronizując swoich akcji jedna
aktualizacja została zgubiona.

Zeg

Wpłata klienta A

Wpłata klienta B

Stan
kont

a A

Stan
kont

a B

Odczyt stanu konta
= 100

100

Odczyt stanu konta
= 100

100

Wpłata = 10

110

100

Wpłata = 20

110

120

Zapis stanu konta =
110

110

120

Zapis stanu konta =
120

120

Po co transakcje? – Współbieżność

c.d.

Inny przykład: mamy 4-ch autorów, którzy równolegle aktualizują pewien tekst.
Jeżeli nie umówią się, który z nich aktualnie ma prawo wprowadzać poprawki, to
część poprawek może zostać zgubiona.

Transakcje umożliwiają zachowania spójności w takiej sytuacji
bez potrzeby umawiania się.

Zega

Zakup klienta A

Zakup klienta B

Odczyt stanu magazynu
= 100

Klient się zastanawia

Odczyt stanu magazynu
= 100

Klient zamawia 70
sztuk

Klient zamawia 50
sztuk

Zapis nowego stanu
=30

Zapis nowego stanu
=50

Przykre konsekwencje:

1. Klienci mogą nie otrzymać towaru bo go zabraknie w
magazynie
2. Stan magazynowy jest fałszywy i następni klienci dalej
wykonują zakupy

Po co transakcje? - Przeciwdziałanie

awariom

W systemie bankowym następują operacje na kontach klientów:

1. Klient wczytuje kartę magnetyczną i jest rozpoznawany
2. Klient określa sumę wypłaty
3. Konto klienta jest sprawdzane
4. Konto jest zmniejszane o sumę wypłaty
5. Wysyłane jest zlecenie do kasy
6. Kasjerka odlicza sumę wypłaty od stanu kasy
7. Kasjerka wypłaca klientowi pieniądze

Pytanie: co się stanie, jeżeli pomiędzy operacją 4 i 5 zabraknie zasilania?

Konto zostało zmniejszone, klient nie dostał pieniędzy,
zaczyna się awantura,...

Transakcje umożliwiają uniknięcie tego rodzaju
nieprzyjemnych sytuacji
związanych z dowolnymi awariami sprzętu, błędów w
oprogramowaniu i innych okoliczności losowych.

Własności transakcji: ACID

Atomowość (atomicity) - w ramach jednej transakcji
wykonują się albo wszystkie operacje, albo żadna. Jeśli nie
powiedzie się jedno polecenie wycofywane są wszystkie.

Spójność (consistency) - o ile transakcja zastała bazę
danych w spójnym stanie, po jej zakończeniu stan jest
również spójny. (W międzyczasie stan może być chwilowo
niespójny)

Izolacja (isolation) - transakcja nie wie nic o innych
transakcjach i nie musi uwzględniać ich działania.
Czynności wykonane przez daną transakcję są niewidoczne
dla innych transakcji aż do jej zakończenia.

Trwałość (durability) - po zakończeniu transakcji jej skutki
są na trwale zapamiętane
i nie mogą być odwrócone przez zdarzenia losowe (np.
wyłączenie prądu)

Zachowanie własności ACID dla transakcji jest zadaniem
SZBD

Rodzaje transakcji

1.Transakcje jawne – konfigurowane przez
użytkownika
2.Transakcje niejawne i automatyczne

Transakcje jawne

BEGIN TRANSACTION

Treść transakcji
Wykonanie zakończone powodzeniem
COMMIT TRANSACTION (potwierdzenie

zakończenia transakcji)

Wykonanie zakończone niepowodzeniem
ROLLBACK TRANSACTION (wycofanie transakcji i

cofnięcie bazy do stanu sprzed jej rozpoczęcia)

Przykład – MS SQL

Begin transaction

Update towary set cena = cena

*1.1 -- podniesienie cen

wszystkich towarów o 10%

IF @error >0

Rollback transaction

Else

Commit transaction

Etapowanie transakcji

Możliwe jest także etapowanie transakcji przy pomocy tzw.

Savepoints

Po utworzeniu takich punktów można wtedy wycofać

transakcję do ustalonego punktu

BEGIN transaction

UPDATE towary set cena = cena *1.1 where cena <100

podniesienie cen towarów tańszych niż 100 o 10%

SAVE transaction poaktualizacji1
UPDATE towary set cena = cena *0.9 where cena >110 –

obniżenie cen towarów droższych niż 110 o 10%

IF @error >0

ROLLBACK transaction poaktualizacji1

ELSE

COMMIT transaction

Transakcje niejawne i

automatyczne

Transakcje niejawne i automatyczne

tworzy SZBD w celu wykonania
niektórych operacji np. operacji
DELETE lub UPDATE. Przed
rozpoczęciem wykonywania tych
poleceń automatycznie otwierane są
transakcje. W przypadku przerwania
tych operacji BD powraca do stanu
sprzed rozpoczęcia wykonywania
polecenia.

Podsumowanie transakcji

1. Transakcje są jednym z najprostszych i najbardziej

skutecznych środków zapewnienia bezpiecznego
współbieżnego dostępu do wspólnej bazy danych.

2. Transakcje mogą być uważane za prosty i w miarę

uniwersalny środek synchronizacji równoległych
procesów (bez semaforów, monitorów, kanałów i innych
trudnych pojęć). Synchronizacja polega na
uniemożliwieniu jednoczesnej aktualizacji tych samych
zasobów.

3. Jednocześnie, transakcje maja zdolność

przeciwdziałania losowym awariom.

4. Brak środków przetwarzania transakcji w takich

systemach jak LotusNotes, MS Office, czy też
systemach przepływu prac (workflows) lub pracy
grupowej jest ogromnym utrapieniem, które w dużym
stopniu dyskwalifikuje te narzędzia.

5. Transakcje są szczególnie istotne w systemach

rozproszonych baz danych lub w systemach opartych o
Internet lub Intranet.

(K.Subieta)

REGUŁY I WIĘZY

INTEGRALNOŚCI

Dla zapewnienia zgodności zawartości bazy

z rzeczywistością oraz jej funkcjonowania
zgodnie

przebiegającymi

rzeczywistości procesami należy na BD
nałożyć określone prawa.

Integralność BD to bowiem jej własność

bycia dokładnym odbiciem modelowanej
rzeczywistości

Reguły c.d.

Prawa, które muszą być przestrzegane podczas

użytkowania BD nazywamy więzami integralności lub

regułami.

Niektóre z reguł zawarte są w samej strukturze bazy

danych (np. już określenie typu atrybutu jest

ograniczeniem), inne zapisujemy w postaci procedur.

Wartość atrybutu też często nie może być dowolna.

Może być ona ustalona w postaci reguły odwołującej

się do konkretnych wartości lub do wartości innych

atrybutów.

Również działania na BD podlegają regułom: tworzenie

nowych krotek, modyfikacja istniejących a nawet

działania nie zmieniające stanu bazy (raporty) mogą

być wykonane tylko w określonych warunkach.

Kto/co Jest Odpowiedzialne Za

Przestrzeganie Reguł

Odpowiedzialnością za przestrzeganie reguł można

obciążyć:

• użytkownika,
• Programistę,
• SZBD.
Najwygodniejszym

sposobem

jest

zdefiniowanie

odpowiednich reguł na etapie budowy SBD i

przerzucenie obowiązku ich przestrzegania na SZBD.

Kontrola więzów polega na wyliczeniu wartości formuł dla

bieżącego stanu bazy i historii stanów poprzednich. Jeśli

wartością formuły dla któregoś z więzów jest FAŁSZ, to

bieżący stan nie zachowuje więzów integralności. Jeśli

natomiast formuły odpowiadające wszystkim więzom są

prawdziwe, to stan bieżący jest poprawny

Rodzaje reguł

Reguły działania

Dynamiczne reguły wnioskowania

Statyczne reguły wnioskowania

Statyczne reguły ograniczające

Reguły

Dynamiczne reguły ograniczające

Reguły wnioskowania

Reguły ograniczające

Reguły ograniczające

reguły ograniczające (constrains rules) – pozwalające

wyspecyfikować warunki integralności (spójności logicznej)

BD. Dzielą się one na:

– więzy statyczne (static constrains rules), które muszą być

spełnione w każdym z istniejących stanów bazy danych np.

cena towaru nie może być mniejsza od zera, płaca

pracownika nie może być mniejsza niż płaca minimalna,

pojemność silnika samochodu osobowego jest zawsze z

przedziału [500, 5000], nie można przypisać pojazdowi

marki nie wpisanej do słownika marek, itp.,

– reguły przejścia (transitions constrains rules), które

określają warunki dokonania zmiany stanu bazy np. stawka

pracownika nie może spadać. Mogą one wyrażać również

bardziej złożone zależności.

Reguły wyprowadzania

reguły wyprowadzania (derivation rules) – są wyrażeniami, które

definiują własności nie zapisane wprost w bazie, ale które

mogą być z niej wywiedzione. Musi istnieć dokładnie jedna

reguła wnioskowania dla każdej takiej własności. Reguły

wnioskowania dzielą się na:

• statyczne

reguły

wyprowadzania

–

pozwalają

wyprowadzenie (wyliczenie) wartości atrybutów z wartości

istniejących np. wartość brutto towaru jest iloczynem jego

aktualnej ilości, ceny sprzedaży oraz podatku VAT,

• dynamiczne

(temporalne)

reguły

wyprowadzenia

–

umożliwiające wyliczanie wartości z co najmniej dwóch różnych

stanów bazy np. cena sprzedaży promocyjnej to średnia z

trzech ostatnich zakupów klienta powyżej 10 sztuk towaru

Reguły działania

•

Reguły działania (aktywacji) tzw. reguły wyzwalaczy,
określające  warunki  uruchomienia  odpowiednich
procedur.  Reguły  wyzwalaczy  zawierają  zbiór
warunków,  w  tym  warunków  temporalnych,  które
muszą  być  spełnione,  aby  dana  procedura  mogła
być  uruchomiona.  Przykład:  Jeśli  ilość  materiału  X
jest  mniejsza  niż  Y  uruchom  procedurę  tworzenia
zamówienia na ten materiał.

Implementacja reguł

Statyczne ograniczające – właściwie wszystkie SZBD
Dynamiczne ograniczające:
W SZBD ORACLE w wyzwalaczach związanych z

operacjami INSERT i UPDATE można odwołać się do

wartości istniejącej w bazie poprzez prefix :OLD,

natomiast do wartości wprowadzanej poprzez

prefix :NEW.

W MS SQL Server możliwe jest wykorzystanie dwóch

wartości, ponieważ w czasie wykonywania transakcji

przechowywane są one w dwóch specjalnych

tabelach. Tabela DELETED przechowuje wartości już

istniejące w bazie natomiast tabela INSERTED

zawiera wartości proponowane.

Schemat stosowania reguł

zdarzeni
e

Sprawdzen
ie
możliwości
obsługi
zdarzenia

Wykonanie
działań

Odrzuceni
e żądania

BD w
nowym
stanie

Zadania systemów

transakcyjnych

1. Celem działania systemów transakcyjnych jest

rejestrowanie zdarzeń lub wspomaganie terminowej

reakcji na zdarzenia występujące w otoczeniu oraz

ich terminowe przygotowanie i generowanie.

2. Systemy transakcyjnych baz danych wspomagają

zatem zmianę bieżącego stanu organizacji na nowy,

zgodny z wymuszeniem wygenerowanym przez

zdarzenie.

3. Systemy te muszą (i to niemal natychmiast)

odpowiadać na pytania dotyczące aktualnego stanu

rzeczywistości, gdyż od otrzymanej informacji

zależy możliwość realizacji ewentualnej transakcji.

Zadania systemów

transakcyjnych c.d.

• Informowanie o stanach bieżących
• Systematyczne raportowanie
• Udostępnianie zdefiniowanych list

i zbiorów informacji (np. list płac)

• Obsługa rutynowych i

powtarzalnych operacji

Cechy systemów transakcyjnych

• są zdolne do reakcji na sygnały zachodzące w otoczeniu, ale w

bardzo ograniczonym zakresie posiadają zdolności do operowania

informacją historyczną,

• ze względu na odgrywaną w przedsiębiorstwie rolę można je

określić jako systemy odpowiedzialne za reakcję na zdarzenia lub

systemy obsługi zdarzeń. Są również jako systemy sterowane

zdarzeniami (event-driven). Podejście to jest zgodne z rozwijanym

paradygmatem traktowania systemów wspomagających działalność

gospodarczą w kategoriach systemów czasu rzeczywistego – wobec

coraz burzliwszego otoczenia, w jakim muszą one pracować,

• pamięć takiego systemu jest ograniczona do historii realizacji

konkretnej transakcji (sprzedaży, produkcji, montażu itp.).

• do utrzymania bazy w stanie spójności logicznej wystarczają

wyłącznie statyczne reguły integralności.

Przykład zadań z dziedziny

sprzedaży

Z  punktu  widzenia  użytkownika  końcowego  istotne  jest
jedynie  czy  dostępna  jest  taka  ilość  towaru,  jakiej  domaga
się  klient.  Nie  jest  ważne  jakie  były  w  przeszłości  ceny
sprzedaży  tego  towaru  a  jedynie,  po  jakiej  cenie  ma  być
dokonana aktualna transakcja. Odpowiedzi na inne pytania:
Jak  zmieniały  się  ceny  towaru?,  Jaki  jest  przewidywany
kierunek  tych  zmian?  Jakie  ceny  oferował  poprzedni
dostawca?,  Dlaczego  towaru  jest  tak  mało/dużo?,  Jaka  jest
średnia  wielkość  zakupu  towaru?  –  są  z  punktu  widzenia
realizacji kolejnych transakcji nieistotne.

Transakcja

Ewentualne

utworzenie

kopii

Zdarzenie

Transakcja

Ewentualne

utworzenie

kopii

Zdarzenie

Transakcja

Ewentualne

utworzenie

kopii

Zdarzenie

Transakcja

Nowoczesne systemy

transakcyjne

Budując nowoczesne systemy transakcyjne uwzględnia się również

zagadnienia:

• działań w grupie,
• grupowego podejmowania decyzji,
• interakcji człowieka z komputerem,
• automatyzacji biura,
• wizualizacji i automatycznego przetwarzania dokumentów,
• organizacji obiegu dokumentów,
• nowoczesnych środków wymiany informacji itp.
W ten sposób zakres działania systemów transakcyjnych został

rozszerzony na wspomaganie zespołów ludzkich poprzez

porządkowanie,

organizowanie,

automatyzowanie,

przekazywanie i śledzenie prac realizowanych przez zespół.

Systemy MRP, ERP (Material

Requirement Planning / Enterprise

Requirement Planning)

 planowanie i zarządzanie procesami technologicznymi według zasady

Just in Time, a w tym:



 planowania dostaw i zużycia materiałów,



 kontroli zabezpieczenia potrzeb materiałowych produkcji,



 automatycznego regulowania poziomu zapasów, łącznie z

wystawianiem zamówień i zgłaszaniem upłynnienia,

  sterowania zaopatrzeniem, zapasami i dostawami, a w tym:



 kontroli realizacji i rozliczania dostaw,



 rozliczania inwentaryzacji,



 limitowania zużycia materiałów,



 sygnalizowania zużycia ponadnormatywnego,



 racjonalizacji transportu i składowania materiałów,



 wsparcia wszechstronnej analizy gospodarki materiałowej,

  planowania i sterowania wykorzystaniem zdolności produkcyjnych,

  bieżącego zarządzania finansami w przedsiębiorstwie.

Document Outline